Щелевая антенна состоит из металлической поверхности, обычно плоской пластины, с одним или несколькими вырезанными отверстиями или щелями. [1] Когда пластина приводится в действие как антенна приложенным радиочастотным током, щель излучает электромагнитные волны аналогично дипольной антенне . Форма и размер щели, а также частота возбуждения определяют диаграмму направленности . Щелевые антенны обычно используются на частотах УВЧ и СВЧ , на которых длины волн достаточно малы, чтобы пластина и щель были удобно маленькими. На этих частотах радиоволны часто проводятся волноводом , а антенна состоит из щелей в волноводе; это называется щелевой волноводной антенной . Несколько щелей действуют как направленная антенная решетка и могут излучать узкий веерообразный пучок микроволн. Они используются в стандартных лабораторных источниках микроволн , используемых для исследований, передающих антеннах УВЧ-телевидения, антеннах на ракетах и самолетах, секторных антеннах для базовых станций сотовой связи и, в частности, морских радиолокационных антеннах. Основными преимуществами щелевой антенны являются ее размер, простота конструкции и удобная адаптация к массовому производству с использованием волноводной или печатной технологии.
Как показал Х. Г. Букером в 1946 году, из принципа Бабине в оптике щель в металлической пластине или волноводе имеет ту же диаграмму направленности, что и ведомая стержневая антенна, стержень которой имеет ту же форму, что и щель, за исключением того, что направления электрического и магнитного полей меняются местами; антенна является магнитным диполем вместо электрического диполя; магнитное поле параллельно длинной оси щели, а электрическое поле перпендикулярно. Таким образом, диаграмма направленности щели может быть рассчитана с помощью тех же известных уравнений, которые используются для антенн со стержневыми элементами, таких как диполь . Волны линейно поляризованы перпендикулярно оси щели. Щели длиной до длины волны имеют один главный лепесток с максимальным излучением, перпендикулярным поверхности.
Антенны, состоящие из нескольких параллельных щелей в волноводе, являются широко используемыми антенными решетками . Они имеют диаграмму направленности, похожую на соответствующую линейную решетку дипольных антенн, за исключением того, что щель может излучать только в пространство с одной стороны поверхности волновода, 180° окружающего пространства. Существует два широко используемых типа:
Щелевая антенна была изобретена в 1938 году Аланом Блюмлейном , работавшим в EMI . Он изобрел ее для того, чтобы создать практичный тип антенны для вещания телевидения на УКВ, которая имела бы горизонтальную поляризацию, всенаправленную горизонтальную диаграмму направленности и узкую вертикальную диаграмму направленности. [2] [3]
До его использования в радарах поверхностного поиска такие системы использовали параболический сегментный отражатель, или « сырную антенну ». Щелевая волноводная антенна была результатом совместных исследований радаров, проводившихся Университетом Макгилла и Национальным исследовательским советом Канады во время Второй мировой войны . [4] Соавторы, WH Watson и EW Guptill из McGill, получили патент США на устройство, описанное как «направленная антенна для микроволн», в 1951 году. [5]
В смежном приложении так называемые утекающие волноводы также используются для определения положения вагонов в некоторых приложениях скоростного транзита. Они используются в первую очередь для определения точного положения поезда, когда он останавливается на станции, так что положения дверных проемов будут правильно выровнены с точками очереди на платформе или со вторым набором защитных дверей, если таковые предусмотрены.